HÉLICE PROPULSIVE

Surface hélicoïdale gauche engendrée par une droite dite génératrice, assujettie à suivre les contours d'une hélice géométrique tracée sur un cylindre et à passer constamment par l'axe de ce dernier en formant un angle constant, ou encore, surface engendrée par une droite perpendiculaire à Taxe, s'élevant de quantités proportionnelles aux chemins angulaires parcourus par un autre point de la droite sur une hélice dite directrice.

Si Tangle a que la génératrice fait avec l'axe est quelconque, les génératrices successives de l'hélicoïde sont respectivement parallèles à celles d'un cône de Tévolution dont l'axe est parallèle à celui de l'hélicoïde et dont la génératrice fait avec Taxe du cône un angle égala l'angle de cette génératrice avec Taxe du cylindre.

La surface gauche prend le nom d'hélicoïde gauche à cône directeur. Si l'angle a est droit, les génératrices sont parallèles à un plan perpendiculaire à cet axe, et l'hélicoïde est à plan directeur.

Ainsi (fig. 444), si la droite A6 rencontre l'axe oo du cylindre C et fait avec lui un angle constaiit A6o, si cette droite tourne autour de 00 en s'appuyant par un de ses points a sur une hélice AA,Aj, elle engendrera la surface gauche hélicoïdale tracée sur le cylindre et représentée par les parties hachées.

La surface hélicoïdale qui a pour directrice une spire complète a pour projection horizontale le cercle de base du cylindre et son contour extérieur la circonférence de ce même cercle. Une portion de surface hélicoïdale am Kn a pour projection horizontale le secteur a'm'b' ; l'arc a'm' est la projection de la portion am de la spire directrice.

Comme le moyeu prend une certaine partie de la surface, la projection de chaque aile n'est qu'une couronne am H i" dont a'm' iji\ est la projection.

PROPULSEURS

En général Taxe de Tarbre de Thélice, quand il n'y en a qu'une, correspond à celui du bâtiment.

Quand il y en deux, leurs arbres sont parallèles, ou un peu divergents pour que les hélices ne se gênent pas et aient un diamètre suffisant {Dupcrré).

Fig. kk%.

Fig. 445.

Génération de ITiélice à deux ailes (ï\^. 445). — AMB, A'M'B' sont les hélices géométriques, AA^, MX\ les deux droites génératrices qui, en tournant d'un même nombre de degrés, engendrent deux surfaces hélicoïdales équivalentes. On les limite en faisant passer deux pians PP, P'P', perpendiculaires à l'axe et écartés de façon à donner aux surfaces la valeur voulue.

Pour une hélice à quatre ailes, on décrirait par les points D, D' deux autres hélices directrices. Pour un plus grand nombre, on diviserait la base du moyeu en autant de parties égales.

Fraction de pas partielle. — C'est

AB

ou

ttD

ou : secteur,

VACHINES A YAPBUà MARINES

Fraction de pas totale, — C'est la somme de toutes les fractions de pas partielles.

Eléments d'nne hélice propulsive. 1^ Diamètre. ~ Généralement égal aux 6/7 du tirant d'eau. Par calme, l'hélice est généralement immergée du 1/6 de son diamètre. Entre l'arête de ses ailes et la cage, on laisse 0",iO ou 0™,20 pour éviter les chocs.

2® Pas. — (Voy. plus haut). Vaut généralement 1,5 le diamètre. Quand il est à droite (cas habituel), le navire tend à venir sur B, dans la marche M ; sur T dans la marche JK ; au point fixe, il donne de la bande sur T dans le premier cas, sur B dans l'autre.

Cela s*explîque par le surcroît d'appui que les ailes trouvent dans l'eau profonde.

3« Fraction de pas totale. — Vaut 0,25 à 0,30 du cetcle qui représente la projection d'une spire complète.

On laisse libre le reste pour assurer un prompt dégagement à l'eau. Est un peu plus grande au moyeu pour la solidité des ailes.

4® Le nombre d'ailes.

Hélice à pas constant (fig. 446). — La développée est pour chaque aile l'hypothénuse d'un triangle rectangle dont ;les deux autres côtés sont les fractions de circonférence et de pas partiel.

Fig. 446.

Fig. 447.

Pour éviter les chocs de l'arête d'entrée des ailes, on diminue généralement le pas sur 1/5 de la longueur de la directrice en le faisant égal à Tavance présumée du bâtiment.

La figure 447 représente le triangle de développement.

Hélice à pas croissant. — La développée devient une courbe

Fig. 448. Fig. 449.

(fig. 448). Si le pas était décroissant, la courbe serait celle de la

PROPULSEURS

figure 449. Enfin la figure 450 représente le cas où un pas décroissant succède à un pas croissant. Ces formes, essayées dans les premiers temps, n'ayant pas présenté d'avantages assez grands pour contre-baiancer les difficuFtés d'exécution, sont abandon-

nées.

Détermination du pas de rhélice.

fo Pas constant (fig. 451). — L'hélice

Fig. 450.

Fig. 451.

étant en place, mettre contre le bord de Tarête d'entrée un coulisseau glissant dans une rainure ; faire virer la machine jusqu'à ce que l'extrémité de la droite qui forme le bord de l'arête de sortie quitte le coulisseau.

Le déplacement aa' du coulisseau sur VjK mesure la fraction de pas partielle p.

Faire passer toutes les ailes comme vérification. Si A^ est l'arc des ailes, D la distance dont le coulisseau a marché, le pas est :

Pas = D X

Si rhélice est démontée (fig. 452), la placer sur un marbre. Taxe bien vertical, mener le rayon qui passe par le milieu de Tare qui termine l'aile ; tracer ceux des extrémités et obtenir ainsi sur le marbre un sec-

Fig. 452.

teur qui représente la projection de l'aile ou sa fraction de pas partielle. Mesurer ou calculer l'angle au sommet. Coller une bande de papier à l'extrémité de l'arc AB': diviser l'aile en un

certain nombre de parties égales et diviser AB eh un même nombre de parties ; à chaque point, élever une perpendiculaire égale à la hauteur trouvée entre le bord de Taile et la face du marbre : joindre tous les points obtenus. On a ainsi un triangle rectangle dont l'hypothénuse est le développement de Thélice directrice, AB le développement de l'arc, BG la fraction de pas correspondante :

__ BC X 27cR ^^^ - arc AB'

Procédé employé par les ingénieurs pour relayer exactement les éléments d*une hélice (fig. 453). — Pour relever les éléments d'une hélice, on la place sur un marbre horizontal en faisant reposer la

Fig. 453.

face Al du moyeu. On remplace Tarbre par un tampon dans le trou du moyeu, on prend exactement le centre que Ton établit sur une partie métallique cylindrique qui sert de pivot à une règle en bois, graduée en mètres et fractions de mètres à partir d*une certaine distance. Sur cette règle peut courir un bloc bt portant perpendiculairement à sa longueur un style gradué, par le moyen de vis de pression, on fixe le bloc et le style aux positions voulues.

Sur la partie supérieure du tampon est fixé un cadran gradué en degrés, une aiguille appartenant à la règle indique en parcourant ce cadran les arcs décrits.

Amenant la coulisse de façon que le style se trouve en A, naissance de l'arc AB qui est l'angle de sortie du bord extérieur de l'aile , traçons un repère, amenons la coulisse à tangenter la circonférence du moyeu, divisons la distance A""A en quatre parties égales par exemple et reportons ces divisions sur la règle.

PROPULSEURS

Plaçons le bloc successivement à chacune de ces divisions et décrivons des arcs concentriques nous représentant les projections des directrices, prises à des distances connues du centre. Partageons Tare AB et chacune des projections A'B', A"B" A"'B"', et A""B'"' en un certain nombre de parties égales, en un même nombre quatre que Tarôte extérieure, nous obtiendrons les points A, 1,2,3; A', l',2',3', etc.. Commençons par relever les éléments du bord extérieur de l'aile AB, développant la projection de la directrice correspondante en calculant le nombre de degrés compris entre A et B. Supposons que ce nombre soit Z29 2icR : 360 :: X : 32 d'où :

2TtRx32

Portons cette longueur en ac, divisons cette longueur en quatre parties égales etélevons en chacun despoints 1 , 2, 3, c des ordonnées égales à celles que nous obtenons avec le style en le plaçant successivement aux points A, 1,2,3, B; en joignant tous ces points, nous obtenons ab qui est le développement de la directrice. Si cette ligne est droite, Thélice est à pas constant, si elle est courbe, rhélice est à pas variable, enfin si elle est brisée, l'hélice est à deux pas. Portons ensuite au-dessus de chaque ordonnée et normalement à ab, les épaisseurs de l'aile mesurées à ces divers points, et faisant passer une seconde ligne par les extrémités de ces normales, nous obtiendrons le développement de la directrice du pas du côté de la marche JK, Le triangle rectangle abc nous donne tout ce qui est nécessaire pour calculer le pas et la fraction de pas de cette partie de Taile. Le pas est donné par la proportion

ac

bc

S-T7 = — , d OU : P = 2TrU p '

2icR X bc

bc bc

la fraction de pas partielle est égale à -rj- et totale à -p- x n.

On procède de la même façon pour obtenir le pas aux autres parties de l'aile.

Pas d'entrée et pas de sortie.

— Opérer comme précédemment en joignant toutes les extrémités des perpendiculaires (fig. 454) on constate qu'on a une brisée. En joignant AB, on a le pas à la corde ou pas moyen. Pour représenter sur un dessin les directrices, sachant que le pas d'entrée com-

Fig. 454.

MACHINES A YAPBUR MARINES

mence aux 4/5 de l'arc développé soit en /, on cherche les deux développées qui correspondent, Tune au pas de sortie supposé constant, l'autre au pas d'entrée qu'on fait égal à l'avance pré* sumée du bâtiment. On élève la perpendiculaire BC, sur laquelle on prend BC et BG égaux aux produits du pas par la fraction de pas partielle correspondant, on mène AG et AG, puis la perpen* diculaire o/", et la parallèle à la directrice AG, qui donne la direc* trice correspondant aux deux pas.

Pas moyen on de la corde et moyenne des pas (fig. 455).— Le pas moyen correspond à Thélice directrice AD. La moyenne des pas est la moyenne arithmétique entre BC et BG dont les hélices sont AC

et AG. 11 est égal à BG + -g^. Si on prend le milieu X de GC, BX

est fraction de pas de la moyenne des pas et AX la directrice. Nous n'examinerons pas le cas du pas croissantaujourd'hui abandonné.

Fig. 455.

Fig. 456.

Tracé réduit dn triangle rectangle qui donne rinclinaiton de l'hélice

(fig. 456). — On peut diviser par 6,28 les trois côtés, c'est-à-dire, employer comme côtés de l'angle droit le rayon du cylindre R et le pas divisé par 6,28. On voit que Tinclinaison croit rapidement à mesure que R diminue, c'est-à-dire qu'on se rapproche de l'arc.

Relation entre le pas et le diamètre. — Si le pas était très grand par rapport au diamètre, les ailes n'actionneraient l'eau que latéralement. Elles ne feraient que la couper dans le cas contraire.

Influence de la fraction de pas snr ratilitation de l'hélice. — Cette utilisation augmente quand la fraction de pas croit de 0,3 à 0,5, au delà elle diminue. Pour éviter de donner trop d'épaisseur à la racine de l'aile, ce qui nuirait à la marche en .R, car c'est naturellement sur VM de l'aile qu'on reporte le surcroit d'épaisseur, on y augmente la fraction du pas partielle.

Nombre d'ailes. — Généralement pair pour l'équilibre sauf sur les très petits bâtiments à faible tirant d'eau, où les grandes vitesses de rotation sont nécessaires et où l'on emploie souvent des

PROPULSEURS

hélices à trois ou cinq ailes. L'expérience a prouvé que les hélices à quatre ailes ont un meilleur rendement mais un peu de trépidation. C'est rinverse pour celles à six ailes. Les hélices à deux ailes simples sont mauvaises sous les deux rapports, quant aux hélices Maugin, jadis très employées sur les navires mixtes, elles ont à la fois un rendement mauvais et de violentes trépidations.